Астрономы нашли сразу семь похожих на Землю планет

Астрономы выяснили, что все семь планет системы TRAPPIST-1состоят из горных пород и могут содержать большое количество летучих веществ и воды, которая составляет до пяти процентов их массы.

Результаты исследований опубликованы в журналах Nature Astronomy и Astronomy & Astrophysics, кратко о них рассказывается в пресс-релизах на сайте Европейской Южной обсерватории и телескопа "Хаббл".

В начале 2017 года исследователи обнаружили четыре новые планеты в системе TRAPPIST-1, расположенной в 40 световых годах от нас в созвездии Водолея. Ее главная звезда – ультрахолодный красный карлик с температурой внешних слоев 2550 Кельвинов, массой около 0,089 массы Солнца и светимостью 0,05 процентов светимости Солнца. Вокруг него вращается семь землеподобных планет, из которых три находятся в обитаемой зоне – области, где количества тепла от звезды достаточно для существования жидкой воды на поверхности. Однако в дальнейшем выяснилось, что звезда часто переживает мощные вспышки, которые могут негативно сказываться на атмосфере окружающих небесных тел и делать условия на них неподходящими для существования жизни, подобной земной, а четыре из семи экзопланет в системе могут быть непригодны для жизни из-за возможной активной вулканической деятельности и высокой температуры поверхности.

Чтобы понять, какие планеты могут быть пригодны для жизни, необходимо знать их структуру и состав. Для этих целей астрономам нужно с большой точностью знать значения плотности планет, на основе которых строятся модели, описывающие их внутреннюю структуру и тип атмосферы. Для нахождения плотности необходимо знать размеры и массу планеты. Размер экзопланет оценивался на основе метода транзитной фотометрии во время транзита планет на фоне диска звезды, однако с массой все гораздо сложнее.

Группа астрономов под руководством Симона Гримма (Simon Grimm) для определения масс экзопланет использовала тот факт, что в системах с большим количеством тел, более массивные планеты влияют на орбиты своих соседей в большей степени, чем менее массивные, что влияет на время транзита. Ученые проанализировали данные, полученные инструментом SPECULOOS в обсерватории Паранал и орбитальными телескопами "Спитцер" и "Кеплер", и построили компьютерные модели, в которых изменяли параметры орбиты экзопланет до тех пор, пока вычисленные моменты транзитов не совпали с наблюдаемыми.

Другая группа астрономов во главе с Жюльеном де Витом (Julien de Wit) проанализировала инфракрасные данные космического телескопа "Хаббл", полученные в период с декабря 2016 года по январь 2017 года, чтобы сделать оценку типа атмосфер четырех планет, находящихся вблизи обитаемой зоны. Когда планета оказывается между земным наблюдателем и диском звезды, часть света звезды проходит сквозь атмосферу и поглощается различными химическими элементами, что отражается в спектрах и позволяет понять химический состав атмосферы, чего и добивались исследователи.

Сравнение размеров, масс и расчетных температур поверхности планет TRAPPIST-1 с планетами Солнечной системы. Черная линия соответствует плотности планет земного типа в Солнечной системе. Объекты, расположенные над линией, имеют меньшую плотность, а объекты под линией – большую.

Выяснилось, что плотности планет составляют от 0,61 до 1,02 средней плотности Земли, что близко к плотности горных пород. Самые близкие к звезде планеты TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1c могут иметь каменное ядро и атмосферу, более плотную, чем земная.

Следующая после них TRAPPIST-1d оказалась самой легкой (ее масса составляет всего 0,03 массы Земли), а TRAPPIST-1e имеет плотность в несколько раз больше земной, что может говорить о наличии у нее железного ядра и отсутствии океанов или ледяного покрова. При этом по своим параметрам она больше всех остальных планет похожа на Землю.
Планеты TRAPPIST-1f, g и h настолько далеки от звезды, что вода на их поверхности может существовать только в виде льда, а атмосфера лишена тяжелых молекул, таких как углекислый газ.

При этом для планет TRAPPIST-1d, e и f удалось полностью исключить возможность существования у них "распухшей" гелиево-водородной атмосферы, лишенной облаков (ранее это удалось сделать для планет TRAPPIST-1b и 1c), что делает их еще более похожими на планеты типа Земли. Об этом говорит отсутствие следов воды и метана в полученных при помощи телескопа "Хаббл" спектрах. Предполагается, что атмосферы этих планет состоят из более тяжелых элементов, находящихся на гораздо более низких высотах.